DE112005000782B4

DE112005000782B4 - Rückblickspiegel für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE112005000782B4
Application number: DE112005000782.0T
Authority: DE
Inventors: Thomas Höing
Original assignee: Flabeg Deutschland GmbH
Current assignee: FLABEG AUTOMOTIVE GERMANY GMBH, DE
Priority date: 2004-05-12
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2025-05-13
Also published as: DE112005000782A5

Abstract

Rückblickspiegel (1) für Fahrzeuge mit einem transparenten Schichtträger (2), vorzugsweise aus Kalknatronglas bestehend, der mit einer mehrlagigen Beschichtung versehen ist, die folgende Schichten umfasst, in der Reihenfolge Ihrer Abscheidung, a) eine transparente Metallschicht (8) b) eine erste dielektrische Schicht (10) c) eine zweite dielektrische Schicht (12) mit einer im Vergleich zur ersten, dielektrischen Schicht verringerten Brechzahl d) eine metallische Reflektorschicht (4).

Description

Die Erfindung betrifft einen Rückblickspiegel für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge oder dergleichen, mit einem transparenten Schichtträger, vorzugsweise aus Kalknatronglas bestehend, und einer Beschichtung auf der Vorder- und/oder Rückseite aus dielektrischen und metallischen Materialien, wobei der Spiegel aufgrund seines Reflexionsgrades, insbesondere bei Nacht, blendarm ist.
Typische bekannte Beschichtungen für Autospiegel bestehen aus den hochreflektierenden Metallen Silber und Aluminium. Die erreichbaren Reflexionswerte betragen im sichtbaren Bereich mehr als 85%. Obschon jedoch hohe Reflexionswerte bei Tag erwünscht sind, führen sie aber bei Nachtfahrten zur Blendung des Fahrers durch die Scheinwerfer nachfolgender Fahrzeuge. In der Vergangenheit wurden daher Spiegelbeschichtungen entwickelt, die die Blendung bei Nachtfahrten reduzieren sollen.
Eine Möglichkeit der Blendreduzierung besteht in der Verwendung alternativer Reflektormaterialien wie Chrom oder Titanchrom (Doppelschichtsystem Chrom auf Titan, siehe DE 197 390 46 C1 ). Damit sind Spiegel mit neutraler Reflexion und einem reduzierten Reflexionsgrad von ca. 45% bis 60% erreichbar. Eine weitere Reduzierung verbietet sich derzeit aufgrund gesetzlicher Vorschriften, die am Tag eine Mindestreflexion von 40% fordern. Eine Verwendung derartiger alternativer Reflektormaterialien ist darüber hinaus bereits aus Kostengründen und aus Umweltschutzgründen wünschenswert. Bei herkömmlichen Reflektorschichten aus Silber sind nämlich üblicherweise aufwendige Korrosionsschutzmaßnahmen, wie beispielsweise das Aufbringen von Schutzlack oder dergleichen, notwendig, um unter allen Einsatzbedingungen eine zuverlässige Reflexionswirkung zu garantieren. Insbesondere im Hinblick auf die in derartigen Schutzlacken eingesetzten Materialien ist es daher wünschenswert, alternative Materialien für die Reflektorschicht bereitzustellen.
Unter Abkehr von diesen Konzepten versuchte man jedoch in der Folge, durch spektral selektive Reflexionsbeschichtungen das Verhalten der Spiegel zu verbessern. So beschreibt die EP 0 176 935 B1 einen blauen Rückspiegel mit erniedrigter Reflexion im grünen bis roten Spektralbereich. Dem liegt die Annahme zugrunde, dass solche Spiegel insofern bei Nachtfahrten blendarm sind, als die spektrale Zusammensetzung des Lichts der zum Zeltpunkt der Anmeldung der EP 0 176 935 B1 üblichen Scheinwerfer einen hohen Rot und einen geringen Blauanteil aufwiesen, so dass solche blauen Spiegel das (Blend-)Licht dieser Scheinwerfer zusätzlich abschwächen.
Zur Bewertung der Spiegelbeschichtungen hinsichtlich ihrer spektralen Eigenschaften ist im allgemeinen zu berücksichtigen, dass das menschliche Auge innerhalb des sichtbaren Spektralbereichs höchst unterschiedlich empfindlich ist. Dies wird durch die sogenannte Empfindlichkeitskurve V(λ) dargestellt, wobei λ die Wellenlänge des Lichts bezeichnet. V(λ) ist jedoch nur für die Helladaption des Auges gültig. Bei sinkender Umgebungshelligkeit verschiebt sich diese Kurve hin zu kürzeren Wellenlängen bis hin zur dunkeladaptierten Empfindlichkeitskurve V'(λ). Unter Ausnutzung dieser Erkenntnisse zur Hellempfindlichkeit des menschlichen Auges waren daher ein weiterer Ansatz zur Entwicklung blendarmer Spiegel derartige Spiegel, die bei relativ hohem spektralen Reflexionsniveau insbesondere den Bereich der höchsten Augenempfindlichkeit bei Wellenlängen um 550 nm abschwächten ( US 4 921 331 A , US 4 805 989 A und US 4 955 705 A ). Dabei wurden Beschichtungen mit dielektrischen Mehrschichtsystemen entwickelt, die zwar ein insgesamt vergleichsweise hohes spektrales Reflexionsniveau zeigen, die aber insbesondere im Hinblick auf die verwendeten Materialien und den Materialbedarf vergleichsweise aufwendig in der Herstellung sind und keine Möglichkeiten zur gezielten Farbanpassung oder farblichen Eintönung geben.
Mit einer alternativen Technologie, die hier erwähnt werden soll, versuchte man, die Blendgefahr durch Scheinwerfer nachfolgender Fahrzeuge dadurch zu verringern, dass der Spiegelaufbau Teile variabler Transmission enthält, die z. B. elektrisch geschaltet werden (z. B. elektrochrome Spiegel oder LCD-Spiegel). Die erwähnten Technologien sind jedoch mit hohem Aufwand verbunden. Insbesondere erfordern sie schaltungstechnische Maßnahmen, damit die mit ihnen erzielbaren niedrigen Reflexionswerte nur im konkreten Fall akuter Blendung wirksam sind. Entspiechend sind derzeit nur Fahrzeuge aus dem oberen Segment damit ausgerüstet.
Weiter erschwert wird optimale Blendminderung durch die Tatsache, dass mittlerweile weitere Lichtquellen zum Einsatz im KfZ-Scheinwerfer entwickelt wurden, die sich spektral deutlich von den bekannten Lichtquellen (Halogenscheinwerfer) unterscheiden und die Zusammenhänge verkomplizieren.
Unter Berücksichtigung der genannten Erkenntnisse liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Rückspiegel der oben genannten Art anzugeben, der, insbesondere bei gering gehaltener Blendwirkung, nachfolgender Fahrzeuge (mit unterschiedlichen Scheinwerferaufbauten) bei gering gehaltenem Herstellungsaufwand die Verwendung alternativer Reflektormaterialien, die insbesondere eine im Vergleich zu Silber oder Aluminium geringere Reflexion aufweisen, zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Rückblickspiegel mit einem transparenten Schichtträger, vorzugsweise aus Kalknatronglas bestehend, der mit einer mehrlagigen Beschichtung versehen ist, die folgende Schichten umfasst, in der Reihenfolge ihrer Abscheidung,

a) eine transparente Metallschicht
b) eine erste dielektrische Schicht
c) eine zweite dielektrische Schicht mit einer im Vergleich zur ersten dielektrischen Schicht verringerten Brechzahl
d) eine metallische Reflektorschicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass zur gemeinsamen Einhaltung verschiedener, möglicherweise nicht miteinander vereinbarer Auslegungsziele die Spiegelbeschichtung abweichend vom eigentlich bestehenden Bestreben eines möglichst einfach gehaltenen Schichtaufbaus mit einer ausreichend hohen Anzahl von Freiheitsgarden konzipiert sein sollte. Dazu ist einerseits vorgesehen, die Verwendung alternativer Reflektormaterialien durch ein vorgelagertes geeignet aufgebautes dielektrisches Mehrschichichtsystem zu ermöglichen, das für diese Anwendungsfälle eine ausreichend hohe Reflexionswirkung gewährleistet. Andererseits ist zur Ermöglichung einer farblichen Variation des Gesamtsystems, zur gezielten Beeinflussung von dessen spektralen Reflexionseigenschaften und zur gezielten Verringerung des Herstellungsaufwands im Hinblick auf verringerten Materialbedarf eine transparente metallische Dünnschicht vorgesehen.
Vorteilhafterweise ist der Rückblickspiegel auch im Hinblick auf seine charakteristischen Reflexionskennwerte gezielt für einen Einsatz im Kraftfahrzeugbereich hin ausgelegt. Um dabei eine insgesamt ausreichend hohe Reflexionswirkung sicherzustellen, beträgt der Reflexionsgrad R(A) bei Lichtart A vorteilhafterweise mindestens 40%, in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung mindestens 50%. Um andererseits eine Blendung des Fahrers durch global zu hohe Reflexion zu vermeiden, beträgt der Reflexionsgrad R(A) bei Lichtart A in alternativer oder zusätzlicher vorteilhafter Ausgestaltung höchstens 70%.
Der mehrschichtige Aufbau des Dielektrikums ermöglicht die Verwendung alternativer Reflektormaterialien. Vorteilhafterweise besteht dabei die Reflektorschicht aus Nickel (Ni), Titan (Ti), Chrom (Cr) oder einer Legierung aus diesen Materialien, vorzugsweise aber aus Cr.
Die transparente Metallschicht besteht vorzugsweise aus NiCr und weist eine Dicke von 1 bis 21 nm auf. Durch eine derartige Dickenwahl ist einerseits sichergestellt, dass die Metallschicht eine für den vorgesehenen Anwendungszweck ausreichend hohe Transparenz aufweist, wobei andererseits ein für die im Hinblick auf die Überlagerung mit den Reflexionen an der Reflektorschicht angestrebten Reflexionseigenschaften der Metallschicht geeigneter Flächenwiderstand erreichbar ist.
Die erste dielektrische Schicht besteht vorzugsweise aus TiO₂ oder in besonders vorteilhafter Weiterbildung aus SnO₂. Vorteilhafterweise besteht die dielektrische Zusatzschicht aus MgF₂ oder vorzugsweise aus SnO₂.
Besonders gute Ergebnisse sind erreichbar, indem der Rückspiegel hinsichtlich seiner optischen Eigenschaften besonders auf eine sogenannte Designwellenlänge hin ausgelegt ist, die in besonderem Maße an die Empfindlichkeitskurve des Auges sowohl bei Tages- als auch bei Nachtsehen angepaßt ist. Als besonders geeignete Designwellenlänge ist dabei eine Wellenlänge von etwa 530 nm gewählt, die einem Zwischenwert zwischen den Maxima der Empfindlichkeitskurve für Tagessehen einerseits und Nachtsehen andererseits entspricht. Um eine besonders geeignete Anpassung des Schichtsystems an diese Designwellenlänge zu gewährleisten, sind vorzugsweise die Schichtdicken der dielektrischen Doppelschicht geeignet gewählt. Dies ist dadurch erreichbar, dass die Summe der Schichtdicken der ersten und der zweiten dielektrischen Schicht höchstens 250 nm beträgt.
Die Beschichtung ist vorteilhafterweise rückseitig auf dem Schichtträger aufgebracht, so dass sie durch den Schichtträger vor Beschädigungen oder sonstigen schädlichen Auswirkungen von außen geschützt ist. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der Schichtträger dabei vorderseitig mit einer hydrophilen und/oder photokatalytisch aktiven Beschichtung versehen, die in an sich bekannter Weise ein unerwünschtes Beschlagen verhindert.
Vorteilhafterweise ist der Rückblickspiegel, beispielsweise zur Gewährleistung blendarmer Eigenschaften im Hinblick auf die typischerweise in Kfz-Beleuchtungen verwendeten Lichtquellen oder auch im Hinblick auf designerische Vorgaben, farbig ausgestaltet, wobei seine Farbkoordinaten a₀, b₀ gemäß CIE die Bedingung C = √(a₀ ² + b₀ ²) > 5 erfüllen. Zur Definition wird dabei zurückgegriffen auf die für die quantitative und/oder qualitative Charakterisierung von Farbeigenschaften üblicherweise verwendeten, von der internationalen Beleuchtungskommission (commission internationale de l'eclairage CIE) vorgegebenen Farbkoordinaten L, a und b im sogenannten L a b-Farbraum. Die für den Rückblickspiegel charakteristischen Farbkoordinaten werden dabei einerseits bei senkrechtem Lichteinfall (L₀, a₀, b₀) auf den Rückblickspiegel ermittelt. Der genannte Parameter C ist dabei ein Maß für die Farbigkeit des Systems.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 den spektralen Verlauf einer Halogenlampe (Lichtart A), von Tageslicht (Lichtart C), einer Hochdruckentladungslampe und einer weißen LED
2 die photopische und skotopische Augenempfindlichkeitskurve
3 die Reflexionskurven bekannter Blauton- bzw. Neutraltonspiegel,
4 und 5 die Reflexionskurven bekannter Farbspiegel ( US 4955705 A und WO 02/41049 A2 ),
6 den Schichtaufbau des Farbspiegels gemäß den Ausführungsbeispielen,
7 bis 10 die Reflexionskurven von Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung.
In 1 ist dargestellt, wie sich die Spektren verschiedener Lichtquellen in der Vergangenheit entwickelt haben. Während bis vor Kurzem nur die Lichtarten C (tagsüber) und A (nachts) relevant waren, sind durch die Entwicklung neuer Lichtquellen (Entladungslampe HID und weiße Leuchtdioden LED) die spektralen Verhältnisse bei Nachtfahrten komplexer geworden. In der 1 sind die Spektren bezeichnet mit (a) Lichtart A, (b) Lichtart C, (c) Entladungslampe und (d) weiße Leuchtdiode.
Die 2 veranschaulicht, dass das menschliche Auge zunächst nur in einem engen Bereich hochempfindlich ist und dieser damit bei Untersuchungen zur Blendung in der Hauptsache relevant ist. Es ist außerdem erkennbar, dass sich die Empfindlichkeitskurve bei skotopischem Sehen (nachts) zu kürzeren Wellenlängen verschiebt. Die Empfindlichkeitskurven (e) „photopisches Sehen” und (f) „skotopisches Sehen” entsprechen der CIE 1951.
Der in 3 ausschnittsweise im Querschnitt gezeigte Rückblickspiegel 1 ist zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug vorgesehen. Er umfasst einen Schichtträger 2, der im Ausführungsbeispiel transparent und aus Natron-Silikatglas ausgeführt ist. Um die spiegelnden Eigenschaften sicherzustellen, ist eine reflektierende Spiegelschicht 4 aus einem geeignet gewählten Metall vorgesehen. Um dabei im Hinblick auf erforderlichen Korrosionsschutz den Herstellungsaufwand gering zu halten, ist im Ausführungsbeispiel ein so genanntes alternatives Reflektormaterial, nämlich Chrom (Cr) gewählt; alternativ könnte aber auch ein anderes geeignetes reflektierendes Material wie insbesondere Nickel, Titan oder eine Legierung aus diesen Materialien vorgesehen sein. Um die Spiegelschicht 4 vor Beschädigungen oder Beeinträchtigungen durch direkte atmosphärische Einwirkung, Verschmutzungen oder dergleichen zu schützen, ist die Beschichtung rückseitig, also auf der von der durch den Pfeil 6 angedeuteten Blickrichtung oder Einfallsrichtung des Lichts abgewandten Seite des Schichtträgers 2, angebracht Vorderseitig ist der Schichtträger 2 mit einer hydrophilen und/oder photokatalytisch aktiven Beschichtung 7 versehen, so dass unerwünschtes Beschlagen sicher vermieden werden kann.
Der Rückblickspiegel 1 ist zur Einhaltung spezifisch vorgegebener optischer Parameter geeignet ausgelegt. Dazu umfasst die auf dem Schichtträger 2 angebrachte Beschichtung zusätzlich zur reflektierenden Spiegelschicht 4 eine Zwischenschicht, die zwischen der Spiegelschicht 4 und dem Schichtträger 2 angeordnet ist. Die Zwischenschicht ist ihrerseits mehrschichtig aufgebaut und umfasst eine unmittelbar auf den Schichtträger 2 aufgebrachte dünne Metallschicht 8, auf dieser eine erste dielektrische Schicht 10 und auf dieser wiederum in der Art einer Zusatzschicht eine zweite dielektrische Schicht 12. Auf dieser ist sodann die Spiegelschicht 4 aufgebracht.
Die transparente Metallschicht 8 besteht aus NiCr und weist eine Dicke von 1 bis 21 nm auf. Die erste dielektrische Schicht 10 besteht aus TiO₂ oder vorzugsweise aus SnO₂, und die zweite dielektrische Schicht 12 besteht aus MgF₂ oder vorzugsweise aus SiO₂. Die dieelektrische Schicht 12 könnte auch aus SnO₂ bestehen, falls die erste dieelektrische Schicht 10 einen dem gegenüber höheren Brechungsindex aufweist. Die Summe der Schichtdicken der ersten dielektrischen Schicht 10 und der zweiten dielektrischen Schicht 12 beträgt höchstens 250 nm.

In Tabelle 1 sind einige Ausführungsbeispiele für Systeme gemäß der vorliegenden Erfindung hinsichtlich charakteristischer optischer Daten dargestellt.

Farbe	ds_NiCr [nm]	Material	ds [nm]	ds_ SiO2_[nm]	Summe ds	R(A, Tag)	a0	b0	C
blau	2,6	SnO2	51	66	117	47%	–7,5	–21,0	22
grün	14	SnO2	62	76	139	57%	–25	5,0	25
gelb-rot	32	SnO2	63	150	213	46%	15	22	27
gelb	15	SnO2	52	147	199	51%	5,0	30	30
gelb	1,0	SnO2	121	55	175	58%	2,0	14	14
rot	2,2	SnO2	84	112	196	50%	20	10	22
grün	2,0	SnO2	70,4	61,6	132	64%	–10	–3	10

Tabelle 1

Als Parameter sind dabei aufgelistet der Farbton des jeweiligen Spiegels, die Schichtdicke ds_NiCr der Metallschicht 8, das Material der ersten dielektrischen Schicht 10, deren Dicke ds, die Dicke ds_SiO2 der zweiten dielektrischen Schicht 12 (Material SiO2), der Reflexionswert bei Lichtart A (Tagessehen), die Farbwerte a0 und b0 im Lab-Farbraum sowie der oben genannte, für die Farbigkeit charakteristische Parameter C.
Das Schichtsystem kann z. B. mit gängigen Vakuumbeschichtungsverfahren (z. B. Verdampfung, Kathodenzerstäubung, Ionenplattieren) aufgebracht werden. Insbesondere für die dielektrische Schicht sind auch Sol-Gel-Verfahren geeignet.
Als Schichtträger 2 (Substrat) können neben Kalknatronglas auch andere mineralische und organische Gläser, die die nötige optische Transparenz aufweisen, verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Rückblickspiegel
2: Schichtträger
4: Spiegelschicht
6: Pfeil
7: Beschichtung
8: Metallschicht
10: erste dielektrische Schicht
12: zweite dielektrische Schicht

Claims

Rückblickspiegel (1) für Fahrzeuge mit einem transparenten Schichtträger (2), vorzugsweise aus Kalknatronglas bestehend, der mit einer mehrlagigen Beschichtung versehen ist, die folgende Schichten umfasst, in der Reihenfolge Ihrer Abscheidung, a) eine transparente Metallschicht (8) b) eine erste dielektrische Schicht (10) c) eine zweite dielektrische Schicht (12) mit einer im Vergleich zur ersten, dielektrischen Schicht verringerten Brechzahl d) eine metallische Reflektorschicht (4).
Rückblickspiegel (1) nach Anspruch 1, dessen Reflexionsgrad R (A) bei Lichtart A höchstens 70% beträgt.
Rückblickspiegel (1) nach Anspruch 1 oder 2, dessen Reflexionsgrad R (A) bei Lichtart A mindestens 40%, vorzugsweise mindestens 50%, beträgt.
Rückblickspiegel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Reflektorschicht (4) aus Ni, Ti, Cr oder einer Legierung aus diesen Materialien, vorzugsweise aus Cr, gebildet ist.
Rückblickspiegel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die transparente Metallschicht (8) aus NiCr besteht und eine Dicke von 1 bis 21 nm aufweist.
Rückblickspiegel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die erste dielektrische Schicht (10) aus TiO₂ oder vorzugsweise aus SnO₂ besteht.
Rückblickspiegel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die zweite dielektrische Schicht (12) aus SnO₂, MgF₂ oder vorzugsweise aus SiO₂ besteht.
Rückblickspiegel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Summe der Schichtdicken der ersten dielektrischen Schicht (10) und der zweiten dielektrischen Schicht (12) höchstens 250 nm beträgt.
Rückblickspiegel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Beschichtung rückseitig auf dem Schichtträger (2) aufgebracht ist.
Rückblickspiegel (1) nach Anspruch 9, bei dem der Schichtträger (2) vorderseitig mit einer hydrophilen und/oder photokatalytisch aktiven Beschichtung (7) versehen ist.
Rückblickspiegel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dessen Farbkoordinaten a₀, b₀ gemäß CIE die Bedingung √(a₀ ² + b₀ ²) > 5 erfüllen.